風電機組主控系統測試平臺開發設計

盧 勇，杜佳佳，蔣 韜，宋建秀，舒 暉

（中車株洲電力機車研究所有限公司，湖南 株洲 412001）

風電機組主控系統測試平臺開發設計

盧 勇，杜佳佳，蔣 韜，宋建秀，舒 暉

（中車株洲電力機車研究所有限公司，湖南 株洲 412001）

本文介紹了基于Bachmann 硬件PLC的風電機組主控系統測試平臺的開發原理，實現方案，測試流程和測試結果。該平臺能夠對風電機組主控系統硬件和軟件進行全面和有效的測試，提高主控系統的穩定性，減少現場調試工作量和風機故障率。

風電機組；主控系統；測試；Bachmann；PLC

0 引言

目前，我國風力發電發展迅速，單機容量和風電場規模都在不斷擴大，風電產業正處于良好的發展機遇當中。風電機組的控制系統主要包括三大部分：主控系統、變流器系統和變槳系統。其中，主控系統是風電機組的核心，通過對變流器系統和變槳系統的協調控制，實現機組功率的有效輸出和發電機轉速的穩定，另一方面對機組進行狀態監測和安全保護。因此，如何對主控系統進行全面有效的測試，提高風電機組主控系統的質量，成為風電機組制造商亟待解決的問題。由于風電機組主控系統不僅包含控制策略，還包括總線通訊、光纖通訊、IO接口和監督控制等，因此用仿真軟件進行全面測試是不可行的。而如果采用變流器、發電機和變槳系統實物進行測試，則經濟性不高，不僅價格昂貴，而且占地較廣。

本文提出的風電機組主控系統測試平臺是針對中車株洲所風電WT2000級風電主控系統（采用Bachmann 硬件PLC）開發設計的。該測試平臺同樣基于Bachmann 硬件PLC，包括了整個風電機組的全部測點，能夠測試完整的主控程序，包括變流器系統、偏航系統、變槳系統、發電機系統和所有的外部IO等。通過對主控系統進行全面的測試，能夠及時發現主控系統存在的問題。通過對主控系統的優化和完善，能夠較大程度提高風機產品質量和可靠性。

1 測試平臺設計原理

從被測對象主控系統的角度來說，需要運行完整的主控程序，就需要模擬完整的外部輸入和輸出，這是測試平臺的核心部分。本文所述測試平臺采用Bachmann公司的CM202通訊模塊對CANOpen通訊進行模擬，包括變流器與主控的通訊、變槳系統與主控的通訊和偏航系統與主控的通訊；采用Bachmann公司的數字IO模塊和模擬IO模塊對主控的監督控制部分進行模擬，這樣就使得主控系統處于它所認為的真實風機環境中運行。

除了通訊和IO接口，我們需要一個仿真模型來模擬電網、發電機、變流器、變槳系統和偏航系統等風機部件，本文所述測試平臺采用風電行業使用最多的整機模型Bladed仿真模型。一方面該模型的仿真精度足以滿足主控測試平臺的需求，另一方面能夠通過自帶的TCP協議與測試平臺PLC進行通訊。Bladed仿真模型、測試平臺PLC及模擬程序，共同構建起了主控系統的完整外設，如同在真實的風電機組環境中運行，測試平臺架構如圖1所示。

圖1 風電機組主控系統測試平臺架構

2 測試平臺設計說明

2.1 仿真模型

根據風電機組的部件參數，在Bladed中搭建風機的模型，包括：塔筒、葉片、傳動鏈、變流器、發電機、電網以及損耗模型等，構建虛擬風機。

2.2 測試平臺PLC

測試平臺PLC包括硬件和軟件兩個部分，硬件部分包括Bachmann CPU模塊、總線（CANOpen）通訊模塊、數字IO模塊、模擬IO模塊、電源模塊以及外部線路等。軟件部分主要包括：1. 根據主控程序與偏航、變槳和變流器的通訊協議，編寫的通訊部分程序；2.根據主控系統監督控制編寫的IO映射關系程序；3. Bladed模型無法實現的特殊工況模擬程序。

2.3 數據交換和測試算例

根據主控系統的控制邏輯和運行狀態，在Bladed的硬件仿真測試模塊Bladed Hardware Test Model （BHTM）中編寫數據交換代碼和測試算例，對整個主控系統進行全面的測試。

2.4 數據處理部分

BHTM模塊提供了數據記錄功能，利用該功能可以記錄和保存各測試數據，并通過Matlab編程進行測試結果的直觀展示和數據分析。Bachmann平臺的主控系統，通過對程序進行設置，能夠在CPU模塊中記錄數據，包括故障、狀態和參數值等，并且可以方便的將該數據導出和顯示，以便分析。

圖2 測試流程

3 測試流程

在測試算例編寫完成之后，即可對主控程序進行測試，測試流程如圖2所示。

4 測試結果

圖3 測試算例示例

按鈕按下和變流器本地控制。

圖4 測試結果—故障記錄

測試結果如圖4所示，記錄了故障類型名稱及發生時間。

5 結語

本文提出的風電機組主控系統測試平臺，能夠對完整的主控程序和PLC硬件進行全面有效的測試，能夠最大程度的發現主控系統存在的問題，并進行優化和改善。本測試平臺方案架構簡單，費用較低，能夠測試基于Bachmann平臺的大部分主控系統，為風電機組主控系統測試提供了有效的方法。

［1］喻連喜，張金環，趙靜.風電機組主控仿真測試系統的設計［J］.華電技術，2012，34（04）：73-75.

［2］王寧，段振云，趙文輝，刑作霞.大型風電機組仿真實驗臺研究［J］.風能，2013（09）：80-82.

［3］師毓佳，王斌，沙玉婷，秦成虎，楊衛民.基于PLC的風電機組仿真系統J］.中國電力，2012，45（07）：68-72.

［4］王明東，賈德峰，呂蒙琦.基于Stateflow的風電機組主控系統設計與仿真［J］.鄭州大學學報（工學版），2011，32（02）：114-116.

［5］解大，張延遲，張琪等.大型風電機組仿真及試驗系統——I.總述及設計［J］.實驗室研究與探索，2009，28（05）：20-24.

［6］ 張錄楠.風電機組控制器仿真測試系統的研究［D］.北京：華北電力大學，2011.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.024